Вера Максимова
Механика без формул

Но откуда возникла эта новая сила, направленная противоположна силе тяжести? Ученые установили, что если на тело будет действовать внешняя сила, то материал тела начнет оказывать сопротивление изменению формы тела этому воздействию. В примере со столешницей в материале столешницы возникает сила упругости, сопротивляющаяся воздействию внешней силы. Чем сильнее будет воздействие внешней силы, то есть чем она будет больше, тем и со стороны материала будет возрастать ответная сила, но равная ей по величине. Если убрать внешнюю силу, то пропадет и ответная сила материала. Поэтому что она вызвана упругостью материала. Силы упругости всегда возникают в теле, при внешнем воздействии и пропадает, когда это воздействие прекращается. Но так бесконечно сила упругости возрастать не может. Когда ее величина достигнет предела прочности материала, то дальше она возрастать не может и поэтому наступает разрушение тела. Таким образом, предел прочности материала, это наибольшая величина, на которую может сопротивляться материал без разрушения. Отсюда делаем вывод, что если величина внешней силы превысит предел прочности материала, то он начинает разрушаться. Разрушение – это процесс нарушения целостности тела, то есть тело состоит из нескольких кусков. Вспомните, как разбивается стеклянный стакан – на мелкие осколки.

Центр тяжести тела

Одной из характеристик твердого тела является его центр тяжести. Как и любое тело, находящееся в гравитационном поле, в частности, в гравитационном поле Земли и притягивается ею. То есть на тело со стороны Земли действует сила притяжения, которая называется силой тяжести. Мы уже знаем, что сила характеризуется тремя факторами: точкой приложения, величиной и направлением. Направлена сила тяжести всегда перпендикулярно поверхности Земли, то есть к ее центру. Величина силы тяжести зависит от масс данного тела и Земли. Чем они больше, тем сила тяжести больше. А где приложена сила тяжести тела? Естественно она приложена к телу в некоторой точке, которая и называется центром тяжести тела. В школе вы узнаете, как можно найти центр тяжести тела. Но сейчас разберемся с одним простым способом определения центра тяжести плоского тела. Плоское тело это тело, имеющее очень маленькую толщину. Например, лист бумаги, кусок картона или фанеры. И так далее. Путь у нас есть кусок картона произвольной формы (рисунок 7а) у которого надо определить положение центра тяжести на его поверхности. Прикрепим этот кусок картона кнопкой к вертикальной плоскости. Возьмем отвес: закрепленный на одном конце нити, какой-нибудь грузик, например, гайку или болт. Свободный конец нити приложим кнопке. Нитка отвеса займет вертикальное положение. Прочертим карандашом линию на картоне по направлению нитки отвеса (рисунок 7б). Потом возьмем в другом месте прикрепим кнопкой картон и приложим свободный конец нити отвеса к кнопке. Прочертим на картоне новое положение нити (рисунок 7в). Сделаем так несколько раз (три – четыре раза) (рисунок 7 г). На поверхности картона будет несколько прямых линий, которые пересекаются приблизительно в одной точке. Чем больше будет измерений (линий на картоне), тем линии будут ближе пересекаться в одной точке. Вот эта точка и будет центром тяжести плоского тела.

а б в г

Рисунок 7 а

Рычаг. Свойства рычага

Кто хочет, ищет способ,

кто не хочет ищет причину

Народная мудрость

Рычаг это устройство увеличивающее или уменьшающее силу.

Вот как описано применение рычага в моей книге «Физика в быту».

«– Ну что, искатели! Закончили свои обсуждения? – сказала бабушка, входя в беседку. – Владик! Вскопай, пожалуйста, сейчас грядку, мне надо посадить редиску. А Стасик тебе поможет. Да, Стасик?

– Конечно! Я папе всегда помогаю на даче окапывать плодовые деревья – ответил Стасик.

– Ребята! Лопаты возьмите в сарае. А я пока провожу Юрия Павловича, – вставил дедушка.

Грядка была большой и ребята поочередно копали и отдыхали. Вдруг лопата Стасика уперлась во что-то твёрдое. Очистив землю, друзья увидели большой камень

– Надо его вытащить из земли, – предложил Стасик.

Ребята руками схватились за камень и стали его вытаскивать, но он прочно находился в земле.

– Так мы его не вытащим! – запыхавшись, заявил Владик, – Надо что – то придумать

И ребята стали обдумывать, как вытащить камень из земли.

– Я думаю надо применить рычаг, – уверенно сказал Владик. – Помнишь, мы в школе по физике изучали рычаг Архимеда. «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!» – это знаменитое его изречение. А тут какой – то камень!

– Да, было что – то, – усиленно вспоминая школьный курс физики, не очень уверенно произнёс Стасик.

– Мы подсунем лопату под камень и изо всех сил надавим на черенок, заключил Владик.

Подкопав камень с одной стороны и подсунув под него лопату, друзья дружно взявшись за черенок двумя руками, стали давить вниз. После нескольких попыток камень неохотно, но стал выходить из под земли. Наконец, он полностью был вытащен из земли и лежал около грядки.

– Теперь мы перекатим камень ближе к дорожке, а когда папа придет из рейса он выбросит его на мусорную свалку, – предложил Владик.

Перекатив камень ближе к дорожке, Стасик, вытирая рукой, пот со лба сказал: – Без помощи рычага мы ни за чтобы не вытащили бы камень из земли.

– С помощью рычага можно маленькой силой поднять большой предмет. Ещё в древности при постройке египетских пирамид строители использовали рычаг для поднятия больших каменных блоков. А придумал рычаг ученый Архимед».

Рисунок. 8. Архимед (287 до н. э. – 212 до н. э. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6e/Retrato_de_un_erudito_%28¿Arquímedes%3F%29%2C_por_Domenico_Fetti.jpg/548px-Retrato_de_un_erudito_%28¿Arquímedes%3F%29%2C_por_Domenico_Fetti.jpg).

Рассмотрим теорию действия рычага. На рисунке 9 представлена схема рычага. Наклонная штриховка обозначает, что точка «О» является неподвижной. Рычаг АВ в точке О опирается на опору и имеет два плеча АО и ВО.

Рисунок 9

Пусть нам необходимо поднять тело силой тяжести Р, находящееся в точке В рычага. Для этого в точке А рычага нам надо приложить силу F, направленную вниз, а груз будет подниматься вверх. Древнегреческий ученый Архимед показал, что во сколько раз плечо, где находится груз, будет меньше плеча, где приложена сила для подъема, во столько раз сила для подъема будет меньше силы тяжести груза. Это и есть «золотое правило механики которое в более краткой формулировке гласит – во сколько раз мы проигрываем в расстоянии, во столько раз выигрываем в силе.

«Золотое правило механики: во сколько раз мы проигрываем в расстоянии, во столько раз выигрываем в силе.